功能性食品高薪技術(shù)

1、第三章 功能食品研制中的高新技術(shù)1概念：以生命科學(xué)為基礎(chǔ)，以基因工程為核心，包括細(xì)胞工程、酶工程、蛋白質(zhì)工程和微生物工程等5個(gè)部分內(nèi)容，利用生物體系和工程原理，對(duì)加工對(duì)象進(jìn)行加工處理的一種綜合技術(shù)。應(yīng)用：如用乳糖酶生產(chǎn)無乳糖的奶粉；利用基因重組生產(chǎn)各種氨基酸；利用發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)維生素、低聚果糖、活性多糖、-氨基丁酸等。一、生物技術(shù)（Biotechnology ）2酶工程酶工程就是將酶或者微生物細(xì)胞，動(dòng)植物細(xì)胞，細(xì)胞器等在一定的生物反應(yīng)裝置中，利用酶所具有的生物催化功能，借助工程手段將相應(yīng)的原料轉(zhuǎn)化成有用物質(zhì)并應(yīng)用于社會(huì)生活的一門科學(xué)技術(shù)。它包括酶制劑的制備，酶的固定化，酶的修飾與改造及酶反應(yīng)器等

2、方面內(nèi)容。酶工程的應(yīng)用，主要集中于食品工業(yè)，輕工業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)中。3 酶在食品工業(yè)中最大的用途是淀粉加工，其次是乳品加工、果汁加工、 酶工程烘烤食品及啤酒發(fā)酵。與之有關(guān)的各種酶如淀粉酶、葡萄糖異構(gòu)酶、乳糖酶、凝乳酶、蛋白酶等占酶制劑市場(chǎng)的一半以上。 目前，幫助和促進(jìn)食物消化的酶成為食品市場(chǎng)發(fā)展的主要方向，包括促進(jìn)蛋白質(zhì)消化的酶（菠蘿蛋白酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶等），促進(jìn)纖維素消化的酶（纖維素酶、聚糖酶等），促進(jìn)乳糖消化的酶（乳糖酶）和促進(jìn)脂肪消化的酶（脂肪酶、酯酶）等。4發(fā)酵工程 發(fā)酵工程，是指采用現(xiàn)代工程技術(shù)手段，利用微生物的某些特定功能，為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或直接把微生物應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程

3、的一種新技術(shù)。 發(fā)酵工程的內(nèi)容包括菌種的選育、培養(yǎng)基的配制、滅菌、擴(kuò)大培養(yǎng)和接種、發(fā)酵過程和產(chǎn)品的分離提純等方面。上游工程包括優(yōu)良種株的選育，最適發(fā)酵條件（pH、溫度、溶氧和營(yíng)養(yǎng)組成）的確定，營(yíng)養(yǎng)物的準(zhǔn)備等。5中游工程主要指在最適發(fā)酵條件下，發(fā)酵罐中大量培養(yǎng)細(xì)胞和生產(chǎn)代謝產(chǎn)物的工藝技術(shù)，包括發(fā)酵開始前采用高溫高壓對(duì)發(fā)酵原料和發(fā)酵罐以及各種連接管道進(jìn)行滅菌；在發(fā)酵過程中不斷向發(fā)酵罐中通入干燥無菌空氣；在發(fā)酵過程中根據(jù)細(xì)胞生長(zhǎng)要求控制加料速度；還有種子培養(yǎng)和生產(chǎn)培養(yǎng)的不同的工藝技術(shù)。工藝放大：發(fā)酵工藝上還分批量發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵。在進(jìn)行任何大規(guī)模工業(yè)發(fā)酵前，必須在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的小發(fā)酵罐進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)，得

4、到產(chǎn)物形成的動(dòng)力學(xué)模型，并根據(jù)這個(gè)模型設(shè)計(jì)中試的發(fā)酵要求，最后從中試數(shù)據(jù)再設(shè)計(jì)更大規(guī)模生產(chǎn)的動(dòng)力學(xué)模型。由于生物反應(yīng)的復(fù)雜性，在從實(shí)驗(yàn)室到中試，從中試到大規(guī)模生產(chǎn)過程中會(huì)出現(xiàn)許多問題，這就是發(fā)酵工程工藝放大問題。6下游工程指從發(fā)酵液中分離和純化產(chǎn)品的技術(shù)。包括固液分離技術(shù)（離心分離，過濾分離，沉淀分離等工藝）；細(xì)胞破壁技術(shù)（超聲、高壓剪切、滲透壓、表面活性劑和溶壁酶等）；蛋白質(zhì)純化技術(shù)（沉淀法、色譜分離法和超濾法等）；最后還有產(chǎn)品的包裝處理技術(shù)（真空干燥和冰凍干燥等）。7發(fā)酵工程的應(yīng)用 食品工業(yè)：酒精類飲料、醋酸和面包； 醫(yī)藥工業(yè)：胰島素、干擾素、生長(zhǎng)激素、抗生素和疫苗等多種醫(yī)療保健藥物； 化

5、學(xué)工業(yè)：生產(chǎn)天然殺蟲劑、細(xì)菌肥料和微生物除草劑等農(nóng)用生產(chǎn)資料，及氨基酸、香料、生物高分子、酶、維生素和單細(xì)胞蛋白等。 8細(xì)胞工程是指應(yīng)用現(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、遺傳學(xué)和分子生物學(xué)的理論與方法，按照人們的需要和設(shè)計(jì)，在細(xì)胞水平上的遺傳操作，重組細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和內(nèi)含物，以改變生物的結(jié)構(gòu)和功能。即通過細(xì)胞融合、核質(zhì)移植、染色體或基因移植以及組織和細(xì)胞培養(yǎng)等方法，快速繁殖和培養(yǎng)出人們所需要的新物種的生物工程技術(shù)。技術(shù)：染色體重組和添加、細(xì)胞質(zhì)工程、細(xì)胞融合和誘變等9細(xì)胞工程與基因工程代表著生物技術(shù)最新的發(fā)展前沿，伴隨著試管植物、試管動(dòng)物、轉(zhuǎn)基因生物反應(yīng)器等相繼問世，細(xì)胞工程在生命科學(xué)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、食品

6、、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。通過培養(yǎng)、誘變等細(xì)胞工程或細(xì)胞融合途徑生產(chǎn)各種疫苗、菌苗、抗生素、生物活性物質(zhì)，抗體等，它們是生物體內(nèi)代謝的中間產(chǎn)物或分泌物。10基因工程定義：又稱基因拼接技術(shù)和DNA重組技術(shù)，是以分子遺傳學(xué)為理論基礎(chǔ)，以分子生物學(xué)和微生物學(xué)的現(xiàn)代方法為手段，將不同來源的基因按預(yù)先設(shè)計(jì)的藍(lán)圖，在體外構(gòu)建雜種DNA分子，然后導(dǎo)入活細(xì)胞，以改變生物原有的遺傳特性、獲得新品種、生產(chǎn)新產(chǎn)品。技術(shù)：是將外源基因通過體外重組后導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)，使這個(gè)基因能在受體細(xì)胞內(nèi)復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯表達(dá)的操作。11它是用人為的方法將所需要的某一供體生物的遺傳物質(zhì)DNA大分子提取出來，在離體條件下用適

7、當(dāng)?shù)墓ぞ呙高M(jìn)行切割后，把它與作為載體的DNA分子連接起來，然后與載體一起導(dǎo)入某一更易生長(zhǎng)、繁殖的受體細(xì)胞中，以讓外源物質(zhì)在其中“安家落戶”，進(jìn)行正常的復(fù)制和表達(dá)，從而獲得新物種的一種嶄新技術(shù)。它克服了遠(yuǎn)緣雜交的不親和障礙，為基因的結(jié)構(gòu)和功能的研究提供了有力的手段。12基因工程藥物基因工程胰島素 胰島素是治療糖尿病的特效藥，長(zhǎng)期以來只能依靠從豬、牛等動(dòng)物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰島素，其產(chǎn)量之低和價(jià)格之高可想而知。 將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素。大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)不但解決了這種比黃金還貴的藥品產(chǎn)量問題，還使其價(jià)格降低了30%-50%

8、! 13基因工程干擾素 干擾素治療病毒感染是“萬能靈藥”！過去從人血中提取300L血才提取1mg?；蚬こ倘烁蓴_素-2b（安達(dá)芬） 是我國(guó)第一個(gè)全國(guó)產(chǎn)化基因工程人干擾素-2b，具有抗病毒，抑制腫瘤細(xì)胞增生，調(diào)節(jié)人體免疫功能的作用，廣泛用于病毒性疾病治療和多種腫瘤的治療，是當(dāng)前國(guó)際公認(rèn)的病毒性疾病治療的首選藥物和腫瘤生物治療的主要藥物。 其它人造血液、白細(xì)胞介素、乙肝疫苗等通過基因工程實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，均為解除人類的病苦，提高人類的健康水平發(fā)揮了重大的作用。 14二、膜技術(shù)（membrane technology ）概念：用半透膜作為選擇障礙層、以膜兩側(cè)的能量或化學(xué)位差作為推動(dòng)力進(jìn)行分離、純化與濃

9、縮的一種技術(shù)。分子量-物理過程，不需發(fā)生相的變化和添加助劑。無機(jī)膜和有機(jī)膜，無機(jī)膜主要還只有微濾級(jí)別的膜，主要是陶瓷膜和金屬膜。有機(jī)膜是由高分子材料做成的，如醋酸纖維素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。膜技術(shù)包括微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）、反滲透（RO）、電滲析（ED）、氣體滲透（AP）、膜乳化（FE）、液膜分離技術(shù)等。應(yīng)用：如微濾可用于功能成分提取液的過濾、功能飲料的除菌；超濾可用于功能成分的分離、脫鹽、濃縮以及牛奶脫乳糖等.反滲透用于濃縮牛奶。15膜技術(shù)應(yīng)用 以飲用水為例，自從人們發(fā)現(xiàn)自來水含有三鹵甲烷、農(nóng)藥、洗滌劑以及自來水管、水塔的二次污染后，就開始用反滲透膜制備純

10、凈水。但是由于純凈水制作成本較高，而且在去除水中有害物質(zhì)的同時(shí)，也把對(duì)人體有益的無機(jī)鹽剔除掉了。于是，人們又用純膜裝置生產(chǎn)出具有礦泉水和純凈水兩者優(yōu)點(diǎn)的、具有生物活性的、可直接生飲的過濾水。 超濾膜技術(shù)既可除去水中病菌、病毒、熱源、膠體等有害物質(zhì)，又可透析對(duì)人體有益的無機(jī)鹽，已廣泛應(yīng)用于牛奶脫脂、果汁濃縮、黃酒純化、啤酒除菌、味精提純 、蔗糠脫色、氨基酸濃縮、醬油除菌等生產(chǎn)中；濃縮提純工藝上主要采用截留分子量在100-1000Dal的納濾膜。納濾膜對(duì)二價(jià)離子，功能性糖類，小分子色素，多肽，頭孢菌素等物質(zhì)的截留性高于98%。富氧膜以其分離氣體的特殊功能，產(chǎn)生富氧空氣，目前廣泛應(yīng)用于醫(yī)院、養(yǎng)魚場(chǎng)、

11、工業(yè)發(fā)酵與氧化等場(chǎng)所，尤其在高山缺氧地區(qū)特別需要。16三、超臨界流體（SCF）萃取技術(shù)概念：以超臨界狀態(tài)下的流體作為溶劑，利用該狀態(tài)下流體所具有的高滲透能力和高溶解能力萃取分離混合物的過程。SCF兼有氣液兩重性的特點(diǎn)，它既有與氣體相當(dāng)?shù)母邼B透能力和低的粘度，又具有與液體相近的密度和對(duì)物質(zhì)的優(yōu)良溶解能力。該流體可從原料中提取有用的活性成分或脫去有害成分。17分離原理在超臨界狀態(tài)下，將超臨界流體與待分離的物質(zhì)接觸，使其有選擇性地把極性大小、沸點(diǎn)高低和分子量大小的成分依次萃取出來。當(dāng)然，對(duì)應(yīng)各壓力范圍所得到的萃取物不可能是單一的，但可以控制條件得到最佳比例的混合成分，然后借助減壓、升溫的方法使超臨界

12、流體變成普通氣體，被萃取物質(zhì)則完全或基本析出，從而達(dá)到分離提純的目的，所以超臨界流體萃取過程是由萃取和分離組合而成的。18超臨界流體對(duì)脂肪酸、植物堿、醚類、酮類、甘油酯等具有特殊溶解作用，利用超臨界流體的溶解能力與其密度的關(guān)系，即利用壓力和溫度對(duì)超臨界流體溶解能力的影響而進(jìn)行的。應(yīng)用： 精油、功能油脂、色素的制備， 咖啡豆的脫咖啡因，煙草的脫尼古丁， 開非香料的提取，啤酒花中有用成分的提取，從大豆中提取豆油和蛋黃的脫膽固醇。19四、超微粉碎技術(shù)（super micron-milling ）超微粉碎是近20年迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，能把原材料加工成微米甚至納米級(jí)的微粉，已經(jīng)在各行各業(yè)得到了廣

13、泛的應(yīng)用。優(yōu)于粉碎是中藥生產(chǎn)及應(yīng)用中的基本加工技術(shù)，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。分類：粗粉碎:原料40-1500mm,成品5-50mm.中粉碎:原料10-100mm,成品5-10mm.微粉碎:原料5-10mm,成品100um以下.超微粉碎:原料0.5-5mm,成品10-25um以下.20應(yīng)用：1.提高食品的口感，并且有利于營(yíng)養(yǎng)成分的吸收；2.原來不能吸收或利用的原料被重新利用，配制和深加工成各種功能食品，開發(fā)新食品材料，增加新的食品品種，提高了資源利用率。常用設(shè)備：機(jī)械沖擊式粉碎機(jī)、氣流粉碎機(jī)、普通球磨機(jī)（珍珠）、振動(dòng)磨、攪拌磨21五、微膠囊技術(shù)（microencapsulation ） 概念 指

14、將某一目的物（芯或內(nèi)相）用各種天然的或合成的高分子化合物連續(xù)薄膜（壁材或外相）完全包覆起來，而對(duì)目的物的原有化學(xué)性質(zhì)絲毫無損，然后逐漸地通過某些外部刺激或緩釋作用使目的物的功能再次在外部呈現(xiàn)出來，或者依靠囊壁的屏蔽作用起到保護(hù)芯材的作用，微膠囊直徑只有5-200m.22應(yīng)用：保護(hù)不穩(wěn)定成分揮發(fā)、氧化、變質(zhì)；掩蓋異味成分；工藝要求：瞬時(shí)釋放；緩慢釋放。芯材：包括香精香料、酸化劑、甜味劑、色素、脂類、維生素、礦物質(zhì)、酶、微生物、氣體以及其它各種飼料添加劑。壁材：包埋芯材實(shí)現(xiàn)微囊膠化的物質(zhì)稱為壁材。天然高分子、半合成高分子和合成高分子材料23六、分子蒸餾技術(shù)（molecular distillati

15、on ） 概念：在高真空狀態(tài)下，蒸發(fā)面和冷凝面的間距小于或等于輕組分物料的蒸汽分子的平均自由程，即由蒸發(fā)面逸出的分子毫無阻礙地奔射并凝集到冷凝面上。所謂分子的平均自由程，是指分子在兩次連續(xù)碰撞之間所走路程的平均值。 技術(shù)：液-液分離技術(shù)，它不同于傳統(tǒng)蒸餾依靠沸點(diǎn)差分離原理，而是靠不同物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)平均自由程的差別實(shí)現(xiàn)分離。當(dāng)液體混合物沿加熱板流動(dòng)并被加熱，輕、重分子會(huì)逸出液面而進(jìn)入氣相，由于輕、重分子的自由程不同，因此，不同物質(zhì)的分子從液面逸出后移動(dòng)距離不同，若能恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置一塊冷凝板，則輕分子達(dá)到冷凝板被冷凝排出，而重分子達(dá)不到冷凝板沿混合液排出。24應(yīng)用：作為一種溫和、高效、清潔的分離技術(shù)，其

16、應(yīng)用已經(jīng)滲透到諸如天然產(chǎn)物、化妝品和油脂工業(yè)等眾多領(lǐng)域中，特別適于高沸點(diǎn)、熱敏性、易分解的物質(zhì)分離、濃縮、除雜等。如番茄紅素、二十八烷醇、VA、DHA等。25色譜分離技術(shù)（Column chromatography） 一種分離復(fù)雜混合物中各個(gè)組分的有效方法。冷殺菌技術(shù)（cold sterilization ） 包括超高壓殺菌、磁場(chǎng)殺菌、電場(chǎng)殺菌、超聲波殺菌、放射線殺菌、紫外殺菌等。其特點(diǎn)是在殺菌過程中食品溫度并不明顯升高，有利于保持食品中功能成分的活性以及食品的色、香、味和營(yíng)養(yǎng)成分。七、其它技術(shù) 26冷凍干燥技術(shù)（freeze drying technology ）冷凍干燥技術(shù)是將物料中的水分凍結(jié)成冰后在真空下使冰不經(jīng)過液體直接氣化的一種方法。應(yīng)用：目前，該技術(shù)已用于人參粉、鱉粉、山藥粉、保健茶等保健品；蘑菇、黃花菜等綠色保健品；咖啡、果珍等飲品；天然調(diào)味品、色素、香料、蛋粉、植物蛋白粉、茶葉、干果粉、肉片粉等保健工業(yè)用原料。27常見功能因子的研究方法小分子化合物分離純化：正反向硅膠、聚酰胺纖維素、大孔樹脂、 羥丙基葡聚糖凝膠（Sephadex LH-20）萃取、結(jié)晶、HPLC、RP-TLC鑒定： IR、UV、NMR、MS 及理化性質(zhì)等28多糖提取：水提醇沉（經(jīng)典），三氯乙酸-氯仿除蛋